土壤修復(fù)技術(shù)介紹

1 技術(shù)名稱

技術(shù)名稱：原位固化/穩(wěn)定化

英文名稱：In-situ Solidification/Stabilization

2 技術(shù)適用性

2.1 適用的介質(zhì)

污染土壤。

2.2 可處理的污染物類型

金屬類，石棉，放射性物質(zhì)，腐蝕性無機物，氰化物以及砷化合物等無機物;農(nóng)藥/除草劑，石油或多環(huán)芳烴類，多氯聯(lián)苯類以及二噁英等有機化合物。

2.3 應(yīng)用限制條件

該技術(shù)不宜用于揮發(fā)性有機物化合物，不適用于污染物總量為驗收目標的項目。

3 技術(shù)介紹

3.1 原理

通過一定的機械力在原位向污染介質(zhì)中添加固化劑/穩(wěn)定化劑，在充分混合的基礎(chǔ)上，使其與污染介質(zhì)、污染物發(fā)生物理、化學(xué)作用，將污染介質(zhì)固封在結(jié)構(gòu)完整的具有低滲透系數(shù)固態(tài)材料中，或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑形態(tài)，降低污染物在環(huán)境中遷移和擴散。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備

主要由挖掘、翻耕或螺旋鉆等機械深翻松動裝置系統(tǒng)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)、工程現(xiàn)場取樣監(jiān)測系統(tǒng)以及長期穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)組成。

主要設(shè)備包括機械深翻攪動裝置系統(tǒng)(如挖掘機、翻耕機、螺旋中空鉆等)、試劑調(diào)配及輸料系統(tǒng)(輸料管路、試劑儲存罐、流量計、混配裝置、水泵、壓力表等)、氣體收集系統(tǒng)(氣體收集罩、氣體回收處理裝置)、工程現(xiàn)場取樣監(jiān)測系統(tǒng)(驅(qū)動器、取樣鉆頭、固定裝置)、長期穩(wěn)定性監(jiān)測系統(tǒng)(氣體監(jiān)測探頭、水分、溫度、地下水在線監(jiān)測系統(tǒng)等)。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標

主要包括：污染介質(zhì)組成及其濃度特征、污染物組成、污染物位置分布、固化劑/穩(wěn)定化劑組成與用量、場地地質(zhì)特征、無側(cè)限抗壓強度、滲透系數(shù)以及污染物浸出特性。

(1)污染介質(zhì)組成及其濃度特征：污染介質(zhì)中可溶性鹽類會延長固化劑的凝固時間并大大降低其物理強度，水分含量決定添加劑中水的添加比例，有機污染物會影響固化體中晶體結(jié)構(gòu)的形成，往往需要添加有機改性黏結(jié)劑來屏蔽相關(guān)影響，修復(fù)后固體的水力滲透系數(shù)會影響到地下水的侵蝕效果。

(2)污染物組成：對無機污染物，添加固化劑/穩(wěn)定化劑即可實現(xiàn)非常好的固化/穩(wěn)定化效果;對無機物和有機物共存時，尤其是存在揮發(fā)性有機物(如多環(huán)芳烴類)，則需添加除固化劑以外的添加劑以穩(wěn)定有機污染物。

(3)污染物位置分布：污染物僅分布在淺層污染介質(zhì)當(dāng)中時，通常采用改造的旋耕機或挖掘鏟裝置實現(xiàn)土壤與固化劑混合;當(dāng)污染物分布在較深層污染介質(zhì)當(dāng)中時，通常需要采用螺旋鉆等深翻攪動裝置來實現(xiàn)試劑的添加與均勻混合。

(4)固化劑組成與用量：有機物不會與水泥類物質(zhì)發(fā)生水合作用，對于含有機污染物的污染介質(zhì)通常需要投加添加劑以固定污染物。石灰和硅酸鹽水泥一定程度上還會增加有機物質(zhì)的浸出。同時，固化劑添加比例決定了修復(fù)后系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性特征。

(5)場地地質(zhì)特征：水文地質(zhì)條件、地下水水流速率、場地上是否有其他構(gòu)筑物、場地附近是否有地表水存在，這些都會增加施工難度并會對修復(fù)后系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。

(6)無側(cè)限抗壓強度：修復(fù)后固體材料的抗壓強度一般應(yīng)大于50Pa/ft2 帕/平方英(約合538.20Pa/m2)，材料的抗壓強度至少要和周圍土壤的抗壓強度一致。

(7)滲透系數(shù)：衡量固化/穩(wěn)定化修復(fù)后材料的關(guān)鍵因素。滲透系數(shù)小于周圍土壤時，才不會造成固化體侵蝕和污染物浸出。固化/穩(wěn)定化后固化體的滲透系數(shù)一般應(yīng)小于10-6cm/s。

(8)浸出性特征：針對固化/穩(wěn)定化后土壤的不同再利用和處置方式，采用合適的浸出方法和評價標準，具體方法見表1。

4 技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準備

在利用該技術(shù)進行修復(fù)前，應(yīng)進行相關(guān)測試評估污染場地應(yīng)用原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)的可行性，并為下一步工程設(shè)計提供基礎(chǔ)參數(shù)。具體測試參數(shù)包括：(1)固化/穩(wěn)定化藥劑選擇，需考慮藥劑間的干擾以及化學(xué)不兼容性、金屬化學(xué)因素、處理和再利用的兼容性、成本等因素;(2)分析所選藥劑對其他污染物的影響;(3)優(yōu)化藥劑添加量;(4)污染物浸出特征測試;(5)評估污染介質(zhì)的物理化學(xué)均一性;(6)確定藥劑添加導(dǎo)致的體積增加量;(7)確定性能評價指標;(8)確定施工參數(shù)。

5 主要實施過程

首先基于修復(fù)目標建立修復(fù)材料的性能參數(shù)，進行實驗室可行性分析，確定固化劑、添加劑和水的最佳混合配料比。然后進行場地試驗，進一步優(yōu)化實施技術(shù)，建立運行性能參數(shù)。最后，實施修復(fù)工程，并對修復(fù)過程實施后的材料性能進行長期監(jiān)控與監(jiān)測。

實施過程具體包括：(1)針對污染場地情況選擇回轉(zhuǎn)式混合機、挖掘機、螺旋鉆等鉆探裝置對深層污染介質(zhì)進行深翻攪動，并在機械裝置上方安裝灌漿噴射裝置;(2)通過液壓驅(qū)動、液壓控制將藥劑直接輸送到噴射裝置，運用攪拌頭螺旋攪拌過程中形成的負壓空間或液壓驅(qū)動將粉體或泥漿狀藥劑噴入污染介質(zhì)中，或使用高壓灌漿管來迫使藥劑進入污染介質(zhì)孔隙中。通過安裝在輸料系統(tǒng)閥端的流量計檢測固化劑的輸入速度、摻入量，使其按照預(yù)定的比例與污染介質(zhì)以及污染物進行有效的混合;(3)對于固化/穩(wěn)定化處理過程中釋放的氣體，通過收集罩輸送至處理系統(tǒng)進行無害化處理;(4)選擇不同的采樣工具，對不同深度和位置的修復(fù)后樣品進行取樣分析;(5)布置長期穩(wěn)定性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，定期對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和浸出性(地下水)進行監(jiān)測。

6 運行維護和監(jiān)測

修復(fù)實施過程質(zhì)量控制的主要內(nèi)容包括：(1)確保藥劑添加比例與實驗室及中試階段所驗證比例的一致性;(2)確保藥劑與污染介質(zhì)的充分混合;(3)對處理后的材料進行取樣分析以驗證其是否符合固化/穩(wěn)定化修復(fù)性能指標;(4)核實處理后的體積。實施監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：(1)地下水是否滲透進入固化材料中;(2)所有樣品是否超過土壤修復(fù)標準;(3)固化體是否發(fā)生物理或化學(xué)退化;(4)通過地下水監(jiān)測判斷是否發(fā)生污染物浸出;(5)利用監(jiān)測模型評估未來浸出的可能性。

7 修復(fù)周期及參考成本

處理周期一般為3-6 個月。具體應(yīng)視修復(fù)目標值、工程大小、待處理土壤體積、污染物化學(xué)性質(zhì)及其濃度分布情況及地下土壤特性等因素而定。根據(jù)美國EPA 數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用于淺層污染介質(zhì)修復(fù)成本約為50-80 美元/m3，對于深層修復(fù)成本約為195-330 美元/m3。

應(yīng)用案例

8 國外應(yīng)用情況

原位固化/穩(wěn)定化是比較成熟的廢物處置技術(shù)，經(jīng)過幾十年的研究，已成功應(yīng)用于污染土壤、放射性廢物、底泥和工業(yè)污泥的無害化和資源化。與其他技術(shù)相比，該技術(shù)對于大多數(shù)的無機污染物以及一些有機污染物都具有顯著的修復(fù)效果，此技術(shù)在頑固性及混合型污染場地的修復(fù)中具有明顯的優(yōu)勢，處理時間短、適用范圍廣，裝置及材料簡單易得。

美英等國家率先開展了污染土壤的固化/穩(wěn)定化研究，并制訂了相應(yīng)的技術(shù)導(dǎo)則。據(jù)美國環(huán)保署統(tǒng)計，2005-2008年應(yīng)用該技術(shù)的案例占修復(fù)工程案例的7%。原位技術(shù)不需要對污染土壤進行搬運，節(jié)省了運輸費用，減小了有機污染物揮發(fā)的可能性。此外，原位固化/穩(wěn)定化也成功應(yīng)用到了棕地污染修復(fù)中。